ARINC 659通信总线的设计与实现

发布时间：2020-08-08 04:39

【摘要】：安全计算机平台作为安全苛求系统的重要部分,CBTC系统中区域控制器ZC和数据存储单元DSU的应用软件都加载在安全计算机平台上。ZC区域内的所有列车的车载控制器将列车的位置和速度信息发往安全计算机平台上的ZC应用程序。 常规通信所使用的硬件和软件看作黑色通道,信息在黑色通道中传输时可能导致错误或者故障的主要原因有随机错误、硬件故障和因软硬件问题而导致的系统失效,这些都会导致通信的安全风险,而且一个错误或者故障往往导致多个安全风险。安全计算机上承载的各种重要信息,要求系统不但要拥有高效、准确的运行能力,还需很高的通信安全性和可靠性。为了确保安全计算机平台数据安全,通信总线是关键因素。只有在通信总线可靠的基础上,研究技术实现的细节才有意义。 论文以航空总线ARINC 659航空背板通信总线协议标准为依据,分析了安全苛求系统的故障安全通信需求。通过对比各种通信总线的优缺点,选取了ARINC659航空背板通信总线协议标准作为本文设计的基础。在分析通信总线结构的基础上,设计并实现了基于ARINC 659的通信总线协议方案。 论文设计的通信总线是以高可靠性、时间确定性为重点。论文详细介绍了保证高容错性、和时间确定性调度策略的具体功能实现方法。以容错结构和双总线交叉检测方式来保证通信总线的高可靠性；以TDPA(表驱动比例访问机制)来保证了通信的时间确定性。 通信IP核基于可编程逻辑设计与实现。使用可编程逻辑不仅可以缩减电路的体积,提高电路的稳定性,而且先进的开发工具使整个系统的设计调试周期大大缩短。在实现过程中,将通信IP核划分为不同的功能子模块,对每个子模块进行设计与实现,并且对仿真结果进行分析,保证其设计基本正确。 仿真验证只能保证通信IP核的仿真结果正确,为了避免存在潜在的设计错误,论文利用基于断言的方法(Property Specification Language, PSL)对通信IP核进行形式化验证,对其内部设计的正确性和完整性进行检验。如果断言失败,发现设计错误时,对检验出的设计错误进行分析、修改。再进行新的验证,直到形式化验证证明其设计没有潜在的设计缺陷为止。 论文结果表明,对于基于可编程逻辑设计的通信总线,利用断言对设计进行形式化验证,可以检验出仿真无法检验出的错误,保证其设计的完整性和正确性,从而得到一个无设计缺陷、可靠的通信总线。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TP336
【图文】：

，， ，子系统统 统 III单 单 单单独设备 备 备 备图1一 1CENELEC铁路标准关系图 F191一 1RelationshiPofCENELECRailwayStandard欧洲电工标准化委员会(CENELEC)核准的 EN50159标准是依据IEC61508标准专门针对铁路信号系统中安全相关通信而设立的，此标准为构建安全相关通信系统‘3，提出了功能和技术方面的基本要求和设计指导。EN50159分为两个部分:EN50159一1主要定义的是封闭传输系统的安全相关通信;EN50159一2则定义了开放传输系统的安全相关通信。目前 EN50159标准被采纳为IEC62280标准。封闭式传输系统指可连接设备的最大数量和拓扑结构是已知的，传输系统的物理特征是固定的传输系统，而开放式传输系统是指特性未知或部分未知的系统组成的传输系统。

111llHeadersegmentPayloadSegmentTrailerSeoment FlexRayFram.5+《0… 254)+3bytes图1一 3Fle水ay的帧结构 F19.1一 3FrarnestruetureofFlexrayFLEXray的帧结构，如图1一3所示，静动态混合的实现方式比较复杂，同时FLE沦ay主要解决的是大量的组件间的通信问题，对于铁路安全计算机平台来讲，组件数量较少，采用如此复杂的总线协议及网络拓扑结构，对于实现成本来讲，是不经济的，但是FLE沦ay的时间触发结构的解决方案还是有很高的借鉴意义。 1.2.3TTP/C目前实时嵌入式系统中普遍使用的串行通信协议都是基于事件触发的。大量研究表明:对高可靠性系统而言，时间触发的解决方案具有更大优势。时间触发系统和事件触发系统的工作原理不同。前者的控制信号来源于时间进程;后者的控制信号来源于事件的发生(如一次中断)。时间触发系统中使用的状态信息来自规定时间内的某个条件，如传?

靠全局时间基准可以简单的进行时钟的同步比较。口口口口口口口口口口口口口 口口口口口 口口口口口 口口口口口 口口口口口 口口 口口 口口 口图1一 4TDMA总线访问方式 F19.1一 4BusAeeessMethodofTDMA从图1一4中可以看出，总线上的每个通信控制器按照其先后顺序将分配到相应的时间片，用于往总线上发送信息，每个控制器的报文传输活动将在此时间片内完成l’5，。在每个周期完成一次整个网络通信任务，在无限的时间轴上如此反复地重复着周期性的总线的通信任务。从以上的介绍可以对时间触发协议的特点总结如下〔，61:了在时间触发结构中，时间的推进来触发系统控制信号的产生，系统中各节点按照预先得规定的何时何节点在特定时刻将会产生何种活动。因而系统的行为是确定的、可预测的。了在时间触发系统中，系统中的各节点分时复用带宽，最坏情况下系统的通信量决定了总线带宽，在设计时就己确定各节点对总线的占用，因而不会产生带宽争用现象。了时间触发系统中各节点的事件都是预先安排好的

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本文编号：2785062